CN108702047A

CN108702047A - 转子和电机

Info

Publication number: CN108702047A
Application number: CN201780013099.0A
Authority: CN
Inventors: W.韦策尔; O.穆哈
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: US20190058367A1; DE102016202741A1; CN108702047B; EP3403317B1; EP3403317A1; WO2017144259A1

Abstract

本发明涉及一种重量优化的、子午加速的转子（1），在使用中可靠地向所述转子的永磁体（7）供给所需要的冷却。此外，提出一种相应的电机，其中所存在的永磁体（7）的、由于太高的转子温度所引起的退磁的问题得到避免。所述转子（1）或者相关的电机的转子（1）在外径（5）上具有用于接纳所述永磁体（7）的环状的结构（6），此外在内径（9）上具有锥状的轮毂结构（10）并且最后在所述环状的结构（6）与所述锥状的轮毂结构（10）之间具有大量用于将环状的结构（6）与锥状的轮毂结构（10）机械地连接起来的、至少肋状的或者叶片状的结构（12）。

Description

转子和电机

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的转子以及一种按权利要求10的前序部分所述的电机。

背景技术

在外径上具有永磁体的转子是一种子午加速的转子，该转子如下面至少部分介绍的那样也能够被称为永磁体-动子。

永磁体-动子的永磁体的磁性材料按合金成分作为使用温度具有最大允许的上极限。如果超过这个上极限，就可能会在所述磁性材料中出现不可逆转的退磁，这损害了所述永磁体-动子的功能。

对于转子的有针对性的空气冷却在运行中阻止通过涡流损失以及比如通过所属的定子进行的热量输入而引起的对于动子-磁体的不允许的加热。

按所述有针对性的空气冷却的所选择的类型，所述永磁体-动子的制造比校麻烦或者不太麻烦并且所获得的冷却作用要么表现得比较强要么表现得比较弱。

众所周知，自通风的永磁体-动子比如如此构成，从而除了真正的转子-常备部件与其永磁体之外同心地在所述转子的轴上作为单独的构件设置了额外的风扇、像比如具有挤压的或者抽吸的气流的轴流风扇或者径流风扇。作为替代方案的所熟知的解决方案包括用于产生冷却气流的外部的风扇。这些解决方案不利地提高了所述转子或者配备该转子的电机的总体结构的复杂性和重量。

发明内容

本发明的任务是说明了一种开头所提到的类型的转子，在使用中可靠地向所述转子的永磁体供给所需要的冷却功率，并且更确切地说如此供给所述冷却功率，使得所述转子的制造不太麻烦并且对于冷却来说不利的重量增加问题相对于已知的解决方案得到了改进。此外，本发明的任务是，说明一种开头所提到的类型的电机，其中现存的用于转子的永磁体中的、由于运行中的太高的温度所引起的退磁问题在没有已知的解决方案的、关于制造复杂性和重量的缺点的情况下得到解决。

该任务关于所述转子以开头所提到的类型的转子为出发点按照本发明通过一种具有在权利要求1的特征部分中所说明的特征的转子得到解决。此外，该任务关于所述电机以开头所提到的类型的电机为出发点按照本发明通过一种具有在权利要求10的特征部分中所说明的特征的电机得到解决。

所述按本发明的转子依此在外径上具有环状的结构与在其中所接纳的永磁体、在内径上具有锥状的轮毂结构并且在所述环状的结构与所述锥状的轮毂结构之间具有大量用于将环状的结构与锥状的轮毂结构机械地连接起来的、至少肋状的或者叶片状的结构。

所述按本发明的电机依此具有上面所说明的按本发明的转子。

所述按本发明的措施不仅对于子午加速的转子来说而且对于具有这样的转子的电机来说，在避免由于额外的单独的冷却总成的使用而引起的重量增加的前提下在可靠地保证所需要的用于所述子午加速的转子的永磁体的冷却功率的情况下实现不太麻烦的制造。尤其不需要额外的风扇、像比如具有挤压的或者抽吸的气流的轴流风扇或者径流风扇，所述轴流风扇或者径流风扇作为单独的构件同心地布置在所述转子的轴上。由此，有利地取消所述转子的复杂的制造以及总重的随之出现的提高。用所述按本发明的措施，不仅通风技术的方面而且制造技术的方面都由此有利地积极地受到影响。

这一点按照本发明通过以下方式来实现：将现存的机械的旋转的支撑结构同时用作旋转的换热器。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

环状的结构对于转子来说是在几何上最为有利的结构形式。

在此获得特别好的冷却作用，如果所述大量处于转子的外径上的环状结构与布置在转子的内径上的锥状的轮毂结构之间的结构构造为由导热性好的材料、像比如铝构成的风扇叶片，所述大量处于转子的外径上的环状结构与布置在转子的内径上的锥状的轮毂结构之间的结构用于将所述转子的外径上的环状的结构与所述转子的内径上的锥状的轮毂结构机械地连接起来。

此外，所述冷却作用能够通过所述风扇叶片的相应的制型（Profilierung）来积极地受到影响。

板状的风扇叶片简化了制造。

像子午加速的轴流式鼓风机的风扇叶片那样构成的风扇叶片优化了由此获得的冷却作用。

如果所述大量处于转子的外径上的环状结构与布置在转子的内径上的锥状的轮毂结构之间的结构在考虑到所述转子所固有的优选旋转方向的情况下在空气输送技术方面得到了优化，那就产生最大的、用于比如所述转子的永磁体的冷却效用。

如果至少所述布置在转子的外径上的、用于接纳永磁体的环状的结构或者所述布置在转子的内径上的锥状的轮毂结构或者所述处于转子的外径上的环状的结构与布置在所述转子的内径上的锥状的轮廓结构之间的大量结构在带有或者没有布置在其中的、与热方面的情况相匹配的相变介质的情况下构造为空心，则一方面能够消减重量并且另一方面能够获得进一步提高的热输送率。

相应的有利的效应和有利的作用适用于用这样的按本发明的转子来装备的电机。

附图说明

下面借助于附图对本发明的实施例进行详细解释。其中：

图1以三维的透视的原理图以正视图示出了按本发明的子午加速的转子；

图2以后视图示出了按照图1的转子；

图3以示意图示出了按照图1的转子的纵剖面；并且

图4以示意图示出了在一种按照所谓的热管原理的设计方案中按照图1的转子的纵剖面。

具体实施方式

接下来同时对图1到4进行描述。

所述按本发明的转子1的构造可以分成三个部分2、3、4。

在第一部分2中，在所述转子1的外径5上布置了环状的结构6，该环状的结构用于接纳在图1和2中未明确地绘示的永磁体7。在本发明的当前的实施例中，这种环状的结构通过外圈8来构成。

在第二部分3中，在内径9上布置了锥状的轮毂结构10（图1、3）。在本发明的当前的实施例中，所述锥状的轮毂结构10通过锥状的内圈11（图2）来构成。

在第三部分4中，在所述外圈与内圈8、11之间布置了大量用于将外圈和内圈8、11机械地连接起来的肋状的或者叶片状的结构12。在本发明的当前的实施例中，这些结构12通过风扇叶片13来构成，也就是说，所述机械的连接结构在合适的位置上同时用于不仅将所述机械的结构件机械地结合在一起而且同样用于改进损耗热排出。

由于所述转子1设有所提到的三个部分而在所述环状的结构6与所述锥状的轮毂结构10之间构造了叶片通道，该叶片通道在所述转子1沿着其所配属的优选旋转方向旋转时被环境空气贯穿流过。被贯穿流过的叶片通道的外部的限界构造为柱筒状，也就是说它具有恒定的直径。所述锥状的轮毂具有沿着轴向的方向增加的直径。

对于柱筒状的外部限界来说，对相对速度w₁和w₂在入口处和出口处相同这种情况而言，w₁=w₂，产生用于外部的流线的等压，也就是说，所述转子1仅仅产生动能。更加靠近轮毂的流线相应地得到更加强烈的加速。因此，这里所描述的转子1被称为“子午加速的（meridianbeschleunigt）”。

这种造型的优点在于，所述叶片通道中的热传递得到最大化，同样能够放弃所述风扇叶片的制型。

所述转子1的损耗功率通过从所述外圈8到所述风扇叶片13的热传导并且以较少部分被引导到所述内圈11中。通过所述风扇叶片13的形状，在所述也能够被称为转子1那样的永磁体-动子旋转时如开头所提到的那样将冷却空气从吸入侧输送到吹出侧。

如在图1到4中所示出的那样的转子1如所提到的那样是子午加速的转子1。它围绕着定子14旋转（在图1到4中仅仅勾画出来）。所述转子1是子午加速的转子1，因为贯穿流动的介质的流线越靠近轮毂就越强烈地得到加速。这样的转子1具有优选旋转方向。

一种有利的用于这样的优选旋转方向的实施方式是子午加速的轴流式鼓风机的实施方式，该子午加速的轴流式鼓风机具有在所述叶片通道中的气流的未减慢的相对速度、也就是w₁=w₂。由此能够取消所述风扇叶片13的制型。

在旋转的坐标系中，出现风扇叶片13与所输送的空气之间的相对速度。因为所述风扇叶片13同时用作目前在这里起作用的板式换热器或者旋转的板式换热器的散热片，所以所述转子1的损耗热由于存在大的表面和高的相对速度而有效地以对流的方式被排放给所输送的空气或者周围的流体。

所述转子1的传热能力或者冷却能力的进一步优化在于，将外圈和内圈8、11以及风扇叶片13的内部的结构15不是构造为实心而是构造为空心。在这些内部的结构15中能够加入相变介质16，所述相变介质通过相变以液态-气态方式来改进将热量从作为热源的热的永磁体7（汽化）运送给所述风扇叶片13及外圈和内圈8、11的较好得到冷却的表面17（冷凝）的过程。这种换热器原理也以名称“Heat-Pipe-Prinzip（热管原理）”为人所知。在此起作用的离心力额外地增强了这种效应。

总之，图1到4示出了一种按本发明的转子1或者一种按本发明的永磁体-动子，其中其在气体动力方面得到优化的支撑结构同时用作旋转的板式换热器。外圈和内圈8、11的造型以及将其连接起来的风扇叶片13的造型以这样的方式设计而成，使得其与有效的动子冷却的特殊的要求相匹配并且更确切地说尤其如此相匹配，从而在旋转的坐标系中产生所述动子冷却通道的无分离的、轴向的流动。作为结果，以低的噪声形成来产生得到改进的冷却作用。通过所述转子1的叶片通道中的所获得的流动比率来实现非常有效的材料的投入，也就是说，所排出的损耗功率相对于所述动子的质量的比例是有利的。在实现所谓的热管原理时，所述冷却的效率额外地得到提高。

这样的按本发明的转子1在相应的电机中的使用有利地提高了相关的电机的功率密度。

Claims

1.具有优选旋转方向和处于外径（5）上的永磁体（7）的转子（1），其特征在于，

-在所述外径（5）上布置了环状的结构（6），在所述环状的结构中安装了所述永磁体（7），

-在内径（9）上布置了锥状的轮毂结构（10），并且

-在所述环状的结构（6）与所述锥状的轮毂结构（10）之间设置了大量用于将环状的结构（6）与锥状的轮毂结构（10）机械地连接起来的、至少肋状的或者叶片状的结构（12）。

2.按权利要求1所述的转子（1），其特征在于，

-所述转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）构造为外圈（8）。

3.按权利要求1或2所述的转子（1），其特征在于，

-布置在所述转子（1）的内径（9）上的、锥状的轮毂结构（10）构造为锥状的内圈（11）。

4.按权利要求1到3中任一项所述的转子（1），其特征在于，

-所述大量处于转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）与布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）之间的结构构造为风扇叶片（13）。

5.按权利要求1到4中任一项所述的转子（1），其特征在于，

-所述大量处于转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）与布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）之间的结构构造为非制型的或者制型的风扇叶片（13）。

6.按权利要求1到5中任一项所述的转子（1），其特征在于，

-所述大量处于转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）与布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）之间的结构构造为板状的风扇叶片（13）。

7.按权利要求1到5中任一项所述的转子（1），其特征在于，

-所述大量处于转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）与布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）之间的结构构造为像子午加速的轴流式鼓风机的风扇叶片那样的制型的风扇叶片（13）。

8.按权利要求1到7中任一项所述的转子（1），其特征在于，

-所述大量处于转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）与布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）之间的结构关于所述转子（1）的优选旋转方向构造为吹风优化的结构。

9.按权利要求1到8中任一项所述的转子（1），其特征在于，

-至少所述布置在转子（1）的外径（5）上的、用于接纳永磁体（7）的环状的结构（6）或者所述布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）或者所述处于转子（1）的外径（5）上的环状的结构（6）与布置在转子（1）的内径（9）上的锥状的轮毂结构（10）之间的大量结构在带有或者没有布置在其中的特殊的、导热的相变介质（16）的情况下构造为空心。

10.在构造为子午加速的轴流式鼓风机的设计方案中的电机，所述电机具有转子（1）和所属的定子（14），所述转子具有处于所述转子（1）的外径（5）上的永磁体（7），其特征在于，

-所述转子（1）按照权利要求1到9中任一项来构成。